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Effects of Radiation Induced Optical Degradation on Earth Bound Solar Sail Manoeuvring Capabilities

Hetherington, Oliver und Carzana, Livio und Klein, Erik Marten und Visser, Pieter und Seefeldt, Patric und Heiligers, Jeannette (2026) Effects of Radiation Induced Optical Degradation on Earth Bound Solar Sail Manoeuvring Capabilities. Advances in Space Research. Elsevier. doi: 10.1016/j.asr.2026.04.057. ISSN 0273-1177.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117726005284?via%3Dihub

Kurzfassung

Metallised thin films represent the state of the art for current solar-sail missions operating around Earth. Previous testing has demonstrated that when exposed to high fluences (2.2 × 1017 particles/cm2) of low energy (<12 keV) protons, hydrogen blistering can occur in the metallised films. This blistering leads to degradation of the optical performance of the metallised surface as the reflectivity becomes less specular and more diffuse. In this paper, experimental degradation data from ground-based radiation testing is used to evaluate the effect of degradation on the solar-sail manoeuvring capabilities. The testing was previously conducted using The German Aerospace Centre (DLR) Institute of Space Systems Complex Irradiation Facility (CIF) and links proton fluence to reductions in specular reflectivity for metallised thin films. The impact on the manoeuvring capabilities of a solar sail due to the effects of proton induced degradation is demonstrated through numerical modelling of the degraded sail in Earth orbit. There was found to be a strong temperature dependence on the time to the onset of radiation degradation and the rate of degradation after onset. Warmer sail temperatures were found to cause a faster onset of degradation but a lower overall degradation across the mission. This warm degradation progression compares to the colder sail temperatures that were found to have a more significant level of degradation but a later onset of damage. The worst case trapped radiation environment for sail degradation was found to be around 21,000 km altitude but remains at levels sufficient to cause degradation in a feasible mission lifetime at geostationary orbit.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227454/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effects of Radiation Induced Optical Degradation on Earth Bound Solar Sail Manoeuvring Capabilities
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hetherington, OliverOliver.Hetherington (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Carzana, LivioNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klein, Erik MartenErik.Klein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8539-8609228528235
Visser, PieterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seefeldt, PatricPatric.Seefeldt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2067-9458NICHT SPEZIFIZIERT
Heiligers, JeannetteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 April 2026
Erschienen in:Advances in Space Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.asr.2026.04.057
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Space Sailing
ISSN:0273-1177
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solar sail, Radiation, Hydrogen blistering, Space environment
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - InSitu Spektralanalyse orbitaler Objekte
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtsysteme > Mechanik und Thermalsysteme
Hinterlegt von: Seefeldt, Patric
Hinterlegt am:02 Okt 2026 11:55
Letzte Änderung:02 Okt 2026 11:55

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